CN105972602A - 一种固体有机废弃物的处理装置及含其的处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体有机废弃物的处理装置及含其的处理工艺。处理装置包括热解气化炉、燃气净化系统和烟气净化系统，热解气化炉为双层回转窑，双层回转窑设有内筒和外筒，内筒上分布有进料口、灰渣出口和高温粗燃气出口，外筒上分布有高温烟气出口和至少一个燃气喷嘴，所述燃气喷嘴具有管群式结构，燃气喷嘴内沿轴向分布有至少一个套管，套管将燃气喷嘴内的空间分为管程和壳程，套管的直径由燃气喷嘴的中心处向外逐渐增大；燃气净化系统包括高温粗燃气进口和清洁燃气出口，高温粗燃气进口与高温粗燃气出口相连通；烟气净化系统包括高温烟气进口和烟气出口，高温烟气进口与高温烟气出口相连通。所提供的处理装置处理量大、成本低、操作灵活。

Description

一种固体有机废弃物的处理装置及含其的处理工艺

技术领域

本发明涉及一种固体有机废弃物的处理装置及含其的处理工艺。

背景技术

伴随着我国工农业经济的快速发展，城市规模的不断扩大，各种固体有机废弃物的总量不断增加。主要包括：动物和植物残留物、生活污泥、食品生产废弃物、工业有机废弃物、木材加工生产废弃物和生活垃圾等。固体有机废弃物数量巨大，可能具有毒性、可燃性、腐蚀性与致病性等，成分复杂，难降解处理，易造成二次污染物，严重污染环境。

如果能够将固体有机废弃物转化为有效的能源物资，既实现处理的目的，又缓解能源消耗紧张的压力，无论是对我国城乡生态环境保护，还是国民经济发展和能源结构调整，都具有十分重大的现实意义。

近年来出现了热解、气化等方法处理固体有机废弃物。热解是在完全缺氧条件下物质受热发生分解的反应过程。气化是指有机物在特定的设备内，在一定温度及压力下使有机质与气化剂(如蒸汽、空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体有机质转化为含有CO、H₂、CH₄等可燃气体的过程。热解与气化过程是在高温和还原性(或无氧)气氛下进行，不会生成SO₂、NO_x和二噁英等污染物，较为洁净环保。但是，现有的热解气化技术均存在处理量小、处理不彻底或者易产生其他废弃物的缺陷，举例如下：

申请号为201320126288.8的中国实用新型专利公开了一种高分子废弃物的热解气化装置。该热解气化装置由热分解装置、改质装置、热交换装置、冷却精制装置和水蒸气加热装置组成。通过将燃烧装置装配在热分解装置的内部，提高了加热的效率，同时将冷却回收部回收得到的燃烧油通过燃料油压送装置导入燃烧装置中为热分解装置继续提供能源，降低了能耗和装置的运行成本。但其缺点在于：处理量有限；易产生大量热解油，热解油中有毒有害的污染物含量高，泄露或作为燃料燃烧不当会有严重污染。

可见，目前我国迫切需要对固体有机废弃物进行大规模地、高效无害化处理和资源化利用的技术。该现状亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有的热解气化技术存在的处理量小、处理不彻底、易产生其他污染物的缺陷，而提供一种固体有机废弃物的处理装置及含其的处理工艺。本发明提供的处理装置能实现连续生产、处理量大、成本低、操作灵活，采用该装置的处理工艺在处理固体有机废弃物时效率高、不会产生焦油等污染物，洁净环保。

本发明提供了一种固体有机废弃物的处理装置，其特点在于，所述的处理装置包括一热解气化炉、一燃气净化系统和一烟气净化系统，所述的热解气化炉为一双层回转窑，所述的双层回转窑设有一内筒和一外筒，所述内筒上分布有一进料口、一灰渣出口和一高温粗燃气出口，所述外筒上分布有一高温烟气出口和至少一个燃气喷嘴，所述燃气喷嘴具有管群式结构，所述燃气喷嘴内沿轴向分布有至少一个套管，所述套管将所述燃气喷嘴内的空间分为管程和壳程，当套管的个数大于一个时所述套管的直径由所述燃气喷嘴的中心处向外逐渐增大；所述燃气净化系统包括一高温粗燃气进口和一清洁燃气出口，所述高温粗燃气进口与所述高温粗燃气出口相连通；所述烟气净化系统包括一高温烟气进口和一烟气出口，所述高温烟气进口与所述高温烟气出口相连通。

本发明中，所述的双层回转窑较佳地还包括一空气管道，所述空气管道与所述燃气喷嘴相连通，用于向所述燃气喷嘴的壳程输送空气。

本发明使用的双层回转窑可以实现连续生产，而且处理量大。

其中，所述的燃气喷嘴的个数较佳地为1～10个。所述燃气喷嘴按照本领域常规方式均布设置在双层回转窑的炉身长度方向上，或者依据温度场的需求，非均匀分布在双层回转窑的炉身长度方向上，比如：温度要求高的地方密集布置。

本发明中，所述套管的个数较佳地为6～20个。本发明使用的燃气喷嘴的结构采用管群式结构，管群式结构是指多个喷口组合式喷嘴，所述燃气喷嘴的管程为燃气通道，壳程为空气通道，并且所述燃气通道的直径由外至内逐渐减小，该结构有利于缩短火焰长度，火焰的稳定性好，混合均匀燃烧充分，从而避免了焦油等污染物的产生，提高了负荷和转化率。

本发明中，所述燃气净化系统较佳地还包括一第一冷却水进口和一第一蒸汽出口，用于副产蒸汽。所述的清洁燃气出口较佳地包括一清洁燃气收集口和一清洁燃气内循环口。所述清洁燃气收集口用于将燃气导出系统，用于其他用途，例如发电。所述清洁燃气内循环口较佳地还与所述燃气喷嘴相连通，用于向所述燃气喷嘴的套管输送燃气，为双层回转窑提供热量。所述清洁燃气内循环口的设置可以将制得的一部分清洁燃气重新导入通入双层回转窑中进行燃烧，为热解气化过程提供热量，这大大降低了系统能耗。

本发明中，所述烟气净化系统较佳地还包括一第二冷却水进口和一第二蒸汽出口，用于副产蒸汽。

本发明中，较佳地，所述的燃气净化系统包括急冷塔、中和反应塔、布袋除尘器、引风机和洗涤塔中的一种或多种，更佳地为依次串联的急冷塔、中和反应塔、布袋除尘器、引风机和洗涤塔；所述的烟气净化系统较佳地包括急冷塔、中和反应塔、布袋除尘器、引风机和洗涤塔中的一种或多种，更佳地为依次串联的急冷塔、中和反应塔、布袋除尘器、引风机和洗涤塔。其中，所述的急冷塔、中和反应塔、布袋除尘器、引风机和洗涤塔均为本领域常规设备。

本发明还提供了一种固体有机废弃物的处理工艺，其特点在于，其采用上述的处理装置进行，所述燃气喷嘴分别通过所述管程和所述壳程向所述双层回转窑提供燃气和空气，所述处理工艺包括如下步骤：将固体有机废弃物进料至所述双层回转窑的内筒中，在800℃以上的温度下热解，得高温粗燃气、高温烟气和灰渣；将所述高温粗燃气输送到所述燃气净化系统，得清洁燃气；将所述高温烟气输送到所述烟气净化系统，得烟气。

本发明中，所述的固体有机废弃物为本领域常规所指的固体有机废弃物，主要包括动物和植物残留物、生活污泥、食品生产废弃物、工业有机废弃物、木材加工生产废弃物和生活垃圾等。

本发明中，所述进料按照本领域常规方式进行，较佳地为连续进料。

本发明中，所述热解的条件可参照本领域常规热解的条件，本发明优选以下条件：所述热解较佳地在还原性气氛或无氧气氛下进行；所述热解的温度较佳地为800～1200℃，更佳地为1000～1200℃；所述的热解的时间较佳地为10min-240min。所述还原性气氛或无氧气氛为本领域常规所指的还原性气氛或无氧气氛，较佳地为氮气、二氧化碳、一氧化碳、氢气和甲烷中的一种或多种气体的气氛。

本发明中，所述的高温粗燃气的温度为本领域常规，一般为800～1000℃。所述的高温烟气的温度为本领域常规，一般为900～1200℃。

本发明中，较佳地，将一部分清洁燃气导入所述双层回转窑中，通过燃烧过程为热解过程提供热量。所述的一部分清洁燃气受原料的成分、热值、含水率等参数影响，一般为20％-85％，所述百分比为体积百分比。

在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1、采用本发明的方法处理固体废弃物，最终固体产物为固体废渣，不含有机物质，便于处理；最终气体产物为蒸汽和高品质燃气，可用于发电等方面。

2、本发明方法使固体有机废弃物在高温和还原性或无氧气氛下进行反应，不会生成焦油、SO₂、NO_x和二噁英等污染物，洁净环保。

3、本发明的利用特定设备的联合处理系统可对固体有机废弃物进行高效大规模连续无害化处理和资源化利用，整个系统适用范围广，操作弹性强，可连续操作和大规模生产，为固体有机废弃物的高效和环保处理探索一条新的途径，具有显著的经济和环境效益，符合我国发展循环经济和生态工业的需求。

附图说明

图1为本发明实施例1的固体有机废弃物的处理装置的结构示意图。

图2为本发明实施例1中固体有机废弃物的处理工艺流程图。

图3为本发明所述燃气喷嘴的头部结构示意图；其中4为燃气通道，5为空气通道。

图4为本发明所述燃气喷嘴的剖视图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

图1中所涉及的附图标记对应的装置或部件名称如下：

双层回转窑-1 进料口-101 灰渣出口-102 高温粗燃气出口-103

高温烟气出口-104 燃气喷嘴-105 空气管道-106

燃气净化系统-2 高温粗燃气进口-201 清洁燃气出口-202

第一冷却水进口-203 第一蒸汽出口-204 清洁燃气收集口-205

清洁燃气内循环口-206

烟气净化系统-3 高温烟气进口-301 第二冷却水进口-302

烟气出口-303 第二蒸汽出口-304

实施例1

本实施例提供的固体有机废弃物的处理装置及处理工艺如图1～4所示，所述的处理装置包括一热解气化炉、一燃气净化系统2和一烟气净化系统3，所述的热解气化炉为一双层回转窑1，所述的双层回转窑1设有一内筒和一外筒，所述内筒上分布有一进料口101、一灰渣出口102和一高温粗燃气出口103，所述外筒上分布有一高温烟气出口104和5个燃气喷嘴105，所述燃气喷嘴105具有管群式结构，所述燃气喷嘴105内沿轴向分布有17个套管，所述套管将所述燃气喷嘴105内的空间分为管程和壳程，当套管的个数大于一个时所述套管的直径由所述燃气喷嘴105的中心处向外逐渐增大；所述燃气净化系统2包括一高温粗燃气进口201和一清洁燃气出口202，所述高温粗燃气进口201与所述高温粗燃气出口103相连通；所述烟气净化系统3包括一高温烟气进口301和一烟气出口303，所述高温烟气进口301与所述高温烟气出口104相连通。

所述的双层回转窑1还包括一空气管道106，所述空气管道106与所述燃气喷嘴105相连通，用于向所述燃气喷嘴105的壳程输送空气。

本实施例使用的双层回转窑1可以实现连续生产，而且处理量大。

其中，所述的燃气喷嘴105按照本领域常规方式均布设置在双层回转窑1的炉身长度方向上。本实施例使用的燃气喷嘴105结构采用管群式结构，管群式结构是指多个喷口组合式喷嘴，所述燃气喷嘴105的管程为燃气通道4，壳程为空气通道5，并且所述燃气通道4的直径由外至内逐渐减小，该结构有利于缩短火焰长度，火焰的稳定性好，混合均匀燃烧充分，从而避免了焦油等污染物的产生，提高了负荷和转化率。

所述燃气净化系统2还包括一第一冷却水进口203和一第一蒸汽出口204，用于副产蒸汽。所述的清洁燃气出口202包括一清洁燃气收集口205和一清洁燃气内循环口206。所述清洁燃气收集口205用于将燃气导出系统，用于其他用途，例如发电。所述清洁燃气内循环口206还与所述燃气喷嘴105相连通，用于向所述燃气喷嘴105的套管输送燃气，为双层回转窑1提供热量。所述清洁燃气内循环口206的设置可以将制得的一部分清洁燃气重新导入通入双层回转窑1中进行燃烧，为热解气化过程提供热量，这大大降低了系统能耗。

所述烟气净化系统3还包括一第二冷却水进口302和一第二蒸汽出口304，用于副产蒸汽。

所述的燃气净化系统2为依次串联的急冷塔、中和反应塔、布袋除尘器、引风机和洗涤塔；所述的烟气净化系统3为依次串联的急冷塔、中和反应塔、布袋除尘器、引风机和洗涤塔。

本实施例中，采用上述的处理装置分别对生活污泥、蓝藻、水葫芦和含油污泥这四种固体有机废弃物进行处理，所述燃气喷嘴105分别通过所述管程和所述壳程向所述双层回转窑1提供燃气和空气，所述处理工艺包括如下步骤：将固体有机废弃物连续进料至所述双层回转窑1的内筒中，在950℃下热解60min，得高温粗燃气、高温烟气和灰渣；将所述高温粗燃气输送到所述燃气净化系统2，得清洁燃气；将所述高温烟气输送到所述烟气净化系统3，得烟气。

其中，所述的固体有机废弃物涉及生活污泥、蓝藻、水葫芦和含油污泥，各原料的成分分析、热值分析结果如表1所示。

表1 固体有机废弃物的成分分析

表1中，M_ar是指接收样品的水分含量；A_d，V_d，FC_d分别指样品干燥基的灰分，可挥发成分和固定碳的含量，Q_d是指干燥基热值。

所述热解的条件为：在还原性气氛下进行；所述还原性气氛为一氧化碳气氛。热解得到的高温粗燃气的温度为900℃，高温烟气的温度为1000℃。

本实施例中，还将一部分清洁燃气导入所述双层回转窑1中，通过燃烧过程为热解过程提供热量。所述的一部分清洁燃气为50％，所述百分比为体积百分比。

实施例2

本实施例的处理装置和处理工艺与实施例1相同，不同之处仅在于：燃气喷嘴的个数为10个；所述热解的温度为800℃，时间为240min；热解得到的高温粗燃气的温度为800℃，高温烟气的温度为900℃；参与热解过程的一部分清洁燃气占清洁燃气的20％，所述百分比为体积百分比。

实施例3

本实施例的处理装置和处理工艺与实施例1相同，不同之处仅在于：燃气喷嘴的个数为1个；所述热解的温度为1200℃，时间为10min；热解得到的高温粗燃气的温度为1000℃，高温烟气的温度为1200℃；参与热解过程的一部分清洁燃气占清洁燃气的85％，所述百分比为体积百分比。

效果实施例1

实施例1中，对生活污泥、蓝藻、水葫芦和含油污泥这四种原料进行处理时，进料量均为100吨/天。得到的灰渣的含水率均可降为约40％。

处理生活污泥得到的产物：蒸汽为21吨/天、燃气为10吨/天。

处理蓝藻得到的产物为：蒸汽为30吨/天、燃气为15吨/天。

处理水葫芦得到的产物为：蒸汽为16吨/天、燃气为9吨/天。

处理含油污泥得到的产物为：蒸汽为28吨/天、燃气为14吨/天。

净化干燥后的清洁燃气的主要成分：H₂为17-38％、CO为18-31％、CO₂为7-32％、CH₄为5-15％。烟气主要成分：N₂、CO₂、O₂、H₂O等。

由此可见，本发明可对固体有机废弃物进行无害化处理和资源化利用，处理后产生蒸汽和燃气。通过本发明的实施，可以为固体有机废弃物的节能、环保、资源化利用探索一条新的途径，具有显著的经济和环境效益，符合我国发展循环经济和生态工业的需求。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种固体有机废弃物的处理装置，其特征在于，所述的处理装置包括一热解气化炉、一燃气净化系统和一烟气净化系统，所述的热解气化炉为一双层回转窑，所述的双层回转窑设有一内筒和一外筒，所述内筒上分布有一进料口、一灰渣出口和一高温粗燃气出口，所述外筒上分布有一高温烟气出口和至少一个燃气喷嘴，所述燃气喷嘴具有管群式结构，所述燃气喷嘴内沿轴向分布有至少一个套管，所述套管将所述燃气喷嘴内的空间分为管程和壳程，当套管的个数大于一个时所述套管的直径由所述燃气喷嘴的中心处向外逐渐增大；所述燃气净化系统包括一高温粗燃气进口和一清洁燃气出口，所述高温粗燃气进口与所述高温粗燃气出口相连通；所述烟气净化系统包括一高温烟气进口和一烟气出口，所述高温烟气进口与所述高温烟气出口相连通。

2.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述的双层回转窑还包括一空气管道，所述空气管道与所述燃气喷嘴相连通。

3.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述的燃气喷嘴的个数为1～10个；所述套管的个数为6～20个。

4.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述燃气净化系统还包括一第一冷却水进口和一第一蒸汽出口，用于副产蒸汽；所述的清洁燃气出口包括一清洁燃气收集口和一清洁燃气内循环口，所述清洁燃气收集口用于将燃气导出系统；所述清洁燃气内循环口还与所述燃气喷嘴相连通，用于向所述燃气喷嘴的管程输送燃气；所述烟气净化系统还包括一第二冷却水进口和一第二蒸汽出口，用于副产蒸汽。

5.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述的燃气净化系统包括急冷塔、中和反应塔、布袋除尘器、引风机和洗涤塔中的一种或多种，所述的烟气净化系统包括急冷塔、中和反应塔、布袋除尘器、引风机和洗涤塔中的一种或多种。

6.如权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述的燃气净化系统为依次串联的一急冷塔、一中和反应塔、一布袋除尘器、一引风机和一洗涤塔；所述的烟气净化系统为依次串联的一急冷塔、一中和反应塔、一布袋除尘器、一引风机和一洗涤塔。

7.一种固体有机废弃物的处理工艺，其特征在于，其采用如权利要求1～6任一项所述的处理装置进行，所述燃气喷嘴分别通过所述管程和所述壳程向所述双层回转窑提供燃气和空气，所述处理工艺包括如下步骤：将固体有机废弃物进料至所述双层回转窑的内筒中，在800℃以上的温度下热解，得高温粗燃气、高温烟气和灰渣；将所述高温粗燃气输送到所述燃气净化系统，得清洁燃气；将所述高温烟气输送到所述烟气净化系统，得烟气。

8.如权利要求7的处理工艺，其特征在于，所述进料为连续进料；所述热解在还原性气氛或无氧气氛下进行；所述热解的温度为800～1200℃，所述的热解的时间为10min-240min；所述高温粗燃气的温度为800～1000℃，所述高温烟气的温度为900～1200℃。

9.如权利要求8所述的处理工艺，其特征在于，所述还原性气氛或无氧气氛为氮气、二氧化碳、一氧化碳、氢气和甲烷中的一种或多种气体的气氛；所述的裂解的温度为1000～1200℃；还将一部分清洁燃气导入所述双层回转窑中。

10.如权利要求9所述的处理工艺，其特征在于，所述的一部分清洁燃气的量占所述清洁燃气的20％-85％，所述百分比为体积百分比。